Эффективная оптимизация гибридной системы ветро-фотоэлектрической энергии с аккумулированием

1. Shamol va quyosh fotovoltaik elektr tashkil etish xususiyatlarini tahlil qilish

Shamol va quyosh fotovoltaik (PV) elektr tashkil etish xususiyatlarini tahlil qilish, komplementar g'ibrid tizimlarni ishlab chiqish uchun asosiydir. Aniq bir hududning yillik shamol tezligi va quyosh energiyasi statistik tahlili, shamol manbalari orasidagi faslaviy o'zgarishni ko'rsatadi, quyundan va bahordan katta shamol tezligi, yozda va kuzda esa kamroq. Shamol elektr tashkil etishi shamol tezligining kubiga proporsional, bu o'z navbatida katta chiqim fluctuatsiyalariga olib keladi.

Quyosh resurslari esa, aniq kunlik va faslaviy namoyon bo'lgan - yozda uzun kun nafaslari va kuchli radiatsiya, quyoshda esa zayif sharoitlar. PV effektivligi temperaturani oshirish bilan salbiy tarzda ta'sir qilinadi. Shamol va quyosh energiyalari vaqt infrasrukturasini solishtirish orqali, ularning har kuni va yillik tsikllarda komplementar davr-e ravishda namoyon bo'ladigini ko'rsatish mumkin. Bu komplementarlik, ikki energiya manbasi orasidagi optimal qobilyat nisbatini sozlash orqali jami elektr chiqimini yumshoqlash uchun samarali va barqaror tizimlarni ishlab chiqish imkonini beradi.

2. Shamol-Quyosh G'ibrid Elektr Tashkil Etish Tizimlarini Modelash

2.1 Shamol Elektr Tizimi Subsistemasi Modeli

Shamol elektr subsistemasi modeli, shamol tezligi ma'lumotlari va turbin xususiyatlari asosida qurilgan. Weibull taqsimot shamol tezligi ehtimoliylik taqsimotini moslash uchun ishlatiladi, statistik xarakteristikasini to'g'ri tasvirlaydi. Turbin chiqim quvvati va shamol tezligi o'rtasidagi munosabat, kirish shamol tezligi, reyting shamol tezligi va chiqish shamol tezligi kabi asosiy parametrlarni o'z ichiga oladigan piecewise funktsiyada ifodalangan.

Turbin quvvati egri chizig'ini moslash uchun eng kam kvadratlar usuli qo'llaniladi, bu quvvat chiqimini shamol tezligiga nisbatan matematik ifoda beradi. Shamol tezligi tasodifiylikka hisobga olish uchun Monte Carlo simulatsiya usuli kiritiladi. Model to'g'ri shamol quvvati tizimlari dinamik xarakteristikasini tasvirlaydi va tizim optimallashtirish uchun asos tashlaydi. U ham shamol yo'nalishi o'zgarishining generatsiya effektivligiga ta'siri bilan shamol yo'nalishi to'g'rilash koeffitsiyentini kirita oladi, bu natijada prognoz to'g'ronligini oshiradi.

2.2 Fotovoltaik Elektr Subsistemasi Modeli

FV subsistemasi modeli quyosh energiyasi, havo harorati va FV modul xususiyatlari asosida umumiy qilib ko'rib chiqilgan. Quyosh energiyasi statistik modeli, uning vaqt infrasrukturasidagi o'zgarishlarini tasvirlash uchun yaratilgan. FV modullari chiqim xususiyatlari I-V egri chizig'ilari orqali ifodalangan. Harorat effektivligiga ta'siri, bittagina diod ekvivalent shemasi orqali model qilinadi, chiqim quvvati nonlineer tenglamalar sistemasini yechish orqali hisoblanadi.

Model ham tening va toz yig'ish kabi omillarni o'z ichiga oladi, to'g'ronlikni oshirish uchun to'g'rilash koeffitsiyentlari kirita oladi. U FV modullarning yashash muddatini hisobga olish uchun yillik degradatsiya darajasini kirita oladi. Bu model FV tizimining foydalanish sharoitlari o'zgarishi ostidagi xususiyatlarini to'g'ri tasvirlaydi.

2.3 Energiya Saqlash Tizim Modeli

Energiya saqlash tizim modeli asosan litium-ion batareya xususiyatlari asosida qurilgan. Batareya zaryad holati (SOC) dinamik modeli, zaryad va razryad jarayonlarini tasvirlash uchun ishlab chiqilgan. O'z-o'zidan razryad xususiyatlari va zaryad/razryad effektivligi hisobga olingan, havo harorati to'g'rilash koeffitsiyenti kirita oladi. Batareya yashash muddati, sikl soni va razryad doirasining darajasi kombinatsiyasi orqali kapasitet degradatsiyasini prognoz qilish uchun model qilinadi.

Model batareya xususiyatini turli ishlash sharoitlari ostidagi xususiyatlarini to'g'ri tasvirlaydi, optimal o'lchamlash va boshqaruv strategiyalarini qo'llashni qo'llab-quvvatlaydi. U ham ichki qarshilik o'zgarishini, qarshilik, sikl soni va havo harorati orasidagi funktsional munosabatlarni o'rnatish orqali dinamik xarakteristikani aniqroq simulyatsiya qilish imkonini beradi. Asosiy chiqimlar haqiqiy vaqtli SOC, mavjud kapasitet, zaryad/razryad quvvati va kutarilgan yashash muddati - optimal ishlash va texnik xizmat uchun to'liq ma'lumotlar himoyasini ta'minlaydi.

2.4 Tizim Integratsiya Modeli

Integratsiya tizim modeli, shamol, quyosh va saqlash subsistemalarini birlashtiradigan birlashtirilgan kerakli tizimga aylanadi. Teng kutilayotgan yuk usuli, yuk fluctuatsiyalarini boshqarish uchun ishlatiladi va tizim quvvat balans tenglamasi o'rnatiladi. Tizimning ishlashini baholash uchun Load Loss Probability (LOLP) va Expected Energy Not Supplied (EENS) kabi ishonch indekslari kirita oladi. Tizimning turli vaqt infrasrukturalaridagi ishlash holatlarini hisoblash uchun ketma-ketlik vaqt infrasrukturalari simulatsiyasi ishlatiladi.

Model, subsystemalar orasidagi muvozanatlar, masalan, PV panelar ustidagi shamol turbinlarining teningini hisobga oladi. U ham tarmoq interfeysini o'z ichiga oladi, bu tarmoqga ulangan ish rejalarini, unda vaqt infrasrukturalari bo'yicha tariflar va tarmoq chastotasi boshqaruv xizmatlarini hisobga oladi. Chiqimlar jami elektr chiqimini, yuk qondirish darajasini va iqtisodiy ish xarakteristikalarini o'z ichiga oladi, bu tizim rejalashtirish, ishlab chiqish va operativ qaror qabul qilish uchun to'liq nazariy asosni ta'minlaydi.

3. Shamol-Quyosh G'ibrid Tizimlarni Optimallashtirish Usullari va Amaliy Tahlil

3.1 Maqsad Funktsiyasi va Cheklashlar

Optimallashtirish maqsad funktsiyasi iqtisodiy, ishonchli va mohiy ko'nikmalarni integratsiya qiladi. Iqtisodiy maqsad, boshlang'ich investitsiya, ish va texnik xizmat (O&M), almashtirish narxini jami tizim narxini minimallashtirishga intiladi. Ishonchli maqsad, LOLP ni minimallashtirish orqali elektr ta'minlash ishonchini maksimal qilishga intiladi. Mohiy maqsad karbon gaz parchalashlarini maksimal qilish orqali o'lchanadi.

Cheklashlar, quvvat balansi, energiya saqlash qobilyat cheklashlari va jihoz ishlov berish cheklashlarini o'z ichiga oladi. Quvvat balansi cheklashi, yuk talabini doimiy ravishda qondirishni ta'minlaydi. Saqlash qobilyat cheklashlari, DOD ni cheklash orqali batareya yashash muddatini uzaytiradi. Jihoz cheklashlari komponentlarning reyting quvvati va ishlov berish xususiyatlarini hisobga oladi. Bir nechta maqsad vazn usuli, bu maqsadlarni bitta maqsad funktsiyasiga integratsiya qiladi, vaznlar qaror qabul qiluvchi tanlovlari va qo'llash shart-sharoitlari asosida aniqlanadi.

3.2 Particle Swarm Optimization (PSO) Qo'llanishi

Particle Swarm Optimization (PSO), aqliy optimallashtirish algoritmi, shamol-Quyosh g'ibrid tizimlarini ishlab chiqishga qo'llaniladi. Qush joylashuvi xavfsizligini taklif qilish, PSO erkin maydonida eng yaxshi yechimlarni qidiradi. Har bir zarrachcha, shamol turbin qobilyati, PV qobilyati va saqlash qobilyati kabi qaror o'zgaruvchilarini o'z ichiga oladigan potensial tizim konfiguratsiyasini ifodalaydi. Zarrachcha joylashuvi va tezligi iterativ ravishda yangilanadi, global optimumga qaratib yig'ishadi.

Performansni oshirish uchun, lineer qismdan kamayish vazn strategiyasi qo'llaniladi - erkin maydonni qidirishga qadar kuchli global tekshirish va keyin mahalliy ishlatishni oshirish. Adaptiv mutatsiya, mahalliy optimumlardan saqlanish uchun kirita oladi. Masala murakkabligi sababli, hierarxik kodlash strategiyasi, davra-davr va diskret o'zgaruvchilarni ajratadi. Algoritm, maksimal iteratsiya soniga yetkazilishi yoki qo'shimcha iteratsiyalarda optimal qiymat o'zgarishi threshold dan kam bo'lganda tugatiladi.

3.3 Amaliy Tadbir va Parametrlar Sozlamalari

Tajriba, aniq bir hududdagi faktiki meteorologik va yuk ma'lumotlariga asoslangan, soatli ma'lumotlarni o'z ichiga oladigan tipik yilda amalga oshiriladi. Meteorologik kirishlar, soatli shamol tezligi, quyosh energiyasi va havo haroratini o'z ichiga oladi. Yuk profilari, musim va kunlik o'zgarishlarni tasvirlovchi tipik industriya parki sarflanish shaklini o'z ichiga oladi. Jihoz parametrlari, mainstream savdo shamol turbinlar va PV modullardan tanlanadi, performans ma'lumotlari ishlab chiquvchi test hisobotlaridan olinadi.

Energiya saqlash uchun litium-ion batareya ishlatiladi, uning parametrlari, reyting kapasiteti, zaryad/razryad effektivligi va sikl yashash muddati. PSO parametrlari quyidagicha sozlanadi: aholi soni = 50, maksimal iteratsiya = 1000, inertsiya vazni 0.9 dan 0.4 gacha lineer qismdan kamayadi, va o'quv faktorlari c1 va c2 ikkalasi 2 ga teng. Natijalar ishonchli bo'lishini ta'minlash uchun, har bir konfiguratsiya 30 marta ishlatiladi, o'rtacha o'zgaruvchi final natija sifatida olinadi.

3.4 Tizim Performans Baholash Ko'rsatkichlari

Performans baholash ko'rsatkichlari, texnika, iqtisodiy va mohiy aspektlarni o'z ichiga oladi. Texnika ko'rsatkichlari, tizim ishonchligi, energiya ishlatish darajasi va quvvat yumshoqlashini o'z ichiga oladi. Ishonch, RSCI va LPSP orqali o'lchanadi. Energiya ishlatish, yangi energiya effektivligini ko'rsatadi, quvvat yumshoqlash, chiqim stabilizatsiyasini baholaydi. Iqtisodiy ko'rsatkichlari, LCOE, NPV va qaytarish muddati. LCOE, jami tsikl narxini, NPV, loyihaning rentabelligini, qaytarish muddati kapital tiklash tezligini baholaydi.

Mohiy ko'rsatkich, karbon gaz parchalashlarini kamaytirish, aniq fosil-manzabazadagi generatsiya bilan solishtirish orqali hisoblanadi. Qo'shimcha, SCBI - tizim kompleks foyda indeksi, texnika, iqtisodiy va mohiy omillarni vaznli yig'indisi orqali integratsiya qiladi. Bu ko'rsatkichlar va ularning vaznlari, mutaxassislarning fikri va amaliy qo'shimchalarga asosan aniqlanadi, tizimning performansini to'liq baholaydi va qaror qabul qilishni qo'llab-quvvatlaydi.

3.5 Optimallashtirish natijalarini tahlil qilish

Optimallashtirish natijalari, shamol-Quyosh g'ibrid elektr tashkil etish tizimi, bitta energiya tizimidan farqli o'zaro afzalliklarni ta'minlaydi. Bazaviy stsenariyda, eng yaxshi konfiguratsiya, 2 MW shamol quvvati, 1.5 MW fotovoltaik (PV